Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.5
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pp.523-529
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2008
The course stability performance for tankers is evaluated by computational fluid dynamics. In the present work, a Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) code is applied to a maneuvering problem covering the pure drift and yaw motions. The purposes of this study are to evaluate the hydrodynamic force in the bare hull (AFRAMAX) in pure drift and yaw motion and to provide information about the trends in the forces and moments when the rudder angles are varied. The flow simulation is performed by FLUENT. The CFD code is examined to find the optimistic computational condition such as size of grid, turbulence model and initial condition. The hydrodynamic derivatives in drift and pure yaw motion are estimated by the numerical simulation, and then the stability levers are calculated. It is confirmed that the computations show the superiority and inferiority of course stability performance according to the hull forms. Finally, the CFD code is applied to the estimation of the rudder forces when the rudder angles are varied. The propeller effect expressed by the body force distribution is also included.
This study aims to develop ensemble machine learning (ML) models for estimating the peak floor acceleration and maximum top drift of steel moment frames. For this purpose, random forest, adaptive boosting, gradient boosting regression tree (GBRT), and extreme gradient boosting (XGBoost) models were considered. A total of 621 steel moment frames were analyzed under 240 ground motions using OpenSees software to generate the dataset for ML models. From the results, the GBRT and XGBoost models exhibited the highest performance for predicting peak floor acceleration and maximum top drift, respectively. The significance of each input variable on the prediction was examined using the best-performing models and Shapley additive explanations approach (SHAP). It turned out that the peak ground acceleration had the most significant impact on the peak floor acceleration prediction. Meanwhile, the spectral accelerations at 1 and 2 s had the most considerable influence on the maximum top drift prediction. Finally, a graphical user interface module was created that places a pioneering step for the application of ML to estimate the seismic demands of building structures in practical design.
Hsu, Ting Y.;Liu, Cheng Y.;Hsieh, Yo M.;Weng, Chi T.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.2
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pp.287-299
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2022
Rather than using smartphones as seismometers with designated locations and orientations, this study proposes to employ crowds' smartphones in buildings to perform fast safety assessment of buildings. The principal advantage of using crowds' smartphones is the potential to monitor the safety of millions of buildings without hardware costs, installation labor, and long-term maintenance. This study's goal is to measure the maximum interstory drift ratios during earthquake excitation using crowds' smartphones. Beacons inside the building are required to provide the location and relevant building information for the smartphones via Bluetooth. Wi-Fi Direct is employed between nearby smartphones to conduct peer-to-peer time synchronization and exchange the acceleration data measured. An algorithm to align the orientation between nearby smartphones is proposed, and the performance of the orientation alignment, interstory drift measurement, and damage level estimation are studied numerically. Finally, the proposed approach's performance is verified using large-scale shaking table tests of a scaled steel building. The results presented in this study illustrate the potential to use crowds' smartphones with the proposed approach to record building motions during earthquakes and use those data to estimate buildings' safety based on the interstory drift ratios measured.
Kim, Sunjung;Ha, Ji-Hoon;Ryu, Dongsu;Kang, Hyesung
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.45
no.1
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pp.52.2-52.2
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2020
At quasi-perpendicular shocks in the high- (=Pgas/Pmag~100) intracluster medium (ICM), various microinstabilities occur by the temperature anisotropies and/or drift motions of plasma. In the downstream, the Alfvén ion cyclotron instability (AIC) due to the ion temperature anisotropy (Ti⊥>Ti║) is triggered by shock-reflected ions, the whistler instability (WI) is driven by the electron temperature anisotropy (Te⊥>Te║) as a consequence of the shock compression of magnetic fields, and the mirror instability is generated due to the ion and/or electron temperature anisotropy. At the shock foot, the modified two stream instability (MTSI) is possibly excited by the cross-field drift between ions and electrons. In the upstream, electron firehose instability (EFI) is driven by the electron temperature anisotropy or the relative drift between incoming and reflected electrons. These microinstabilities play important roles in the particle acceleration in ICM shocks, so understanding of the microinstabilities and the resultant plasma waves is essential. In this study, based on a linear stability analysis, the basic properties of the microinstabilities in ICM shocks and the ion/electron scale fluctuations are described. We then discuss the implication of our work on the electron pre-acceleration in ICM shocks.
This paper summarizes results of a comprehensive analytical study aimed at evaluating the influence of strong ground motion duration on residual displacement demands of single-degree-of-freedom (SDOF) and multi-degree-of-freedom (MDOF) systems. For that purpose, two sets of 20 earthquake ground motions representative of short-duration and long-duration records were considered in this investigation. While the influence of strong ground motion duration was evaluated through constant-strength residual displacement ratios, $C_r$, computed from the nonlinear response of elastoplastic SDOF systems, its effect on the amplitude and height-wise distribution of residual drift demands in MDOF systems was studied from the response of three one-bay two-dimensional generic frame models. In this investigation, an inelastic ground motion intensity measure was employed to scale each record, which allowed reducing the record-to-record variability in the estimation of residual drift demands. From the results obtained in this study, it was found that long strong-motion duration records might trigger larger median $C_r$ ratios for SDOF systems having short-to-medium period of vibration than short strong-motion duration records. However, taking into account the large record-to-record variability of $C_r$, it was found that strong motion duration might not be statistically significant for most of the combinations of period of vibration and levels of lateral strength considered in this study. In addition, strong motion duration does not have a significant influence on the amplitude of peak residual drift demands in MDOF systems, but records having long strong-motion duration tend to increase residual drift demands in the upper stories of long-period generic frames.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.12
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pp.1045-1050
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2005
This paper describes a design experience of a low-cost 6 DOF spatial tracker system where relative low accuracy and relatively long ranges, wireless communication will be achieved by means of low cost accelerometers and gyros with contemporary microprocessor. However, there are two key problems; one is the bias drift problem and the other is that single or double integration of acceleration signal suffers not only from noise but also from nonlinear effects caused by gravity. To be specific, beginning and stopping of hand motions needs to be accurately detected to initiate and terminate integration process to get position and pose of the hand from accelerometer and gyro signals, since errors due to noise and/or hand-shaking motions accumulated by integration processes. Several experimental results are shown to validate our proposed algorithms.
When a typoon sets into harbour, a moored ship shows erratic motions and even mooring line failure may occur. such troubles may be caused by harbour resonance phenomena, resulting in large motion amplitudes at low frequency, which is close ti the natural frequency of th moored ship. The nonlinear motions of a ship moored to quay are simulated under external forces due to wave, current including mooring forces in time domain. The forces due to waves are obtained from source and dipole distribution method in the frequency domain. The current forces are calculated by using slow motion maneuvering equation in the horizontal plane. The wind forces are calculated from the empirical formula of ABS and the mooring forces of ropes and fenders are modeled as linear spring.
In this study, nonlinear dynamic analyses were performed in order to evaluate and compare the structural response of different type of moment resisting frame buildings equipped with conventional braces (CBs) and buckling restrained braces (BRBs) subjected to near-field ground motions. For this, the case study frames, namely, ordinary moment-resisting frame (OMRF) and special moment-resisting frame (SMRF) having two equal bays of 6 m and a total height of 20 m were utilized. Then, CBs and BRBs were inserted in the bays of the existing frames. As a brace pattern, diagonal type with different configurations were used for the braced frame structures. For the earthquake excitation, artificial pulses equivalent to Northridge and Kobe earthquake records were taken into account. The results in terms of the inter-story drift index, global damage index, base shear, top shear, damage index, and plastification were discussed. The analysis of the results indicated a considerable improvement in the structural performance of the existing frames with the inclusion of conventional and especially buckling-restrained braces.
Numerous failures in welded connections in steel moment-resisting building frames (SMRF) were observed when buildings were inspected after the 1994 Northridge Earthquake. These observations raised concerns about the effectiveness of such frames for resisting strong earthquake ground motions. The behavior of SMRFs during an earthquake must be assessed using nonlinear dynamic analysis, and such assessments must permit the deterioration in connection strength to capture the behavior of the frame. The uncertainties that underlie both structural and dynamic loading also need to be included in the analysis process. This paper describes the analysis of one of approximately 200 SMRFs that suffered damage to its welded beam-to-column connections from the Northridge Earthquake is evaluated. Nonlinear static and dynamic analysis of this SMRF in the time domain is performed using ground motions representing the Northridge Earthquake. Subsequently, a detailed uncertainty analysis is conducted for the building using an ensemble of earthquake ground motions. Probability distributions for deformation-related limit states, described in terms of maximum roof displacement or interstory drift, are constructed. Building fragilities that are useful for condition assessment of damaged building structures and for performance-based design are developed from these distributions.
The application of critical excitation method with displacement-based objective function for multi degree of freedom (MDOF) systems is investigated. To this end, a new critical excitation method is developed to find the critical input motion of a MDOF system as a synthetic accelerogram. The upper bound of earthquake input energy per unit mass is considered as a new constraint for the problem, and its advantages are discussed. Considering this constraint, the critical excitation method is then used to generate synthetic accelerograms for MDOF models corresponding to three shear buildings of 10, 16, and 22 stories. In order to demonstrate the reliability of generated accelerograms to estimate dynamic response of the structures, three target ground motions with considerable level of energy contents are selected to represent "real critical excitation" of each model, and the method is used to re-generate these ground motions. Afterwards, linear dynamic analyses are conducted using these accelerograms along with the generated critical excitations, to investigate the key parameters of response including maximum displacement, maximum interstory drift, and maximum absolute acceleration of stories. The results show that the generated critical excitations can make an acceptable estimate of the structural behavior compared to the target ground motions. Therefore, the method can be reliably implemented to generate critical excitation of the structure when real one is not available.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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